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Electrónica wikipedia, lookup

Conmutador (motor eléctrico) wikipedia, lookup

Transcript
TEMA 9: ELECTRICIDAD I.E.S. ALTO
GUADIANA
Tecnologías 1º ESO
(Página 178 – Libro
texto Oxford)
La electricidad es una de las formas de energía más empleadas por el hombre, hasta tal punto que
hoy en día es difícil pensar en nuestra sociedad sin electricidad. Con ella iluminamos nuestras viviendas,
hacemos funcionar nuestros electrodomésticos, medios de transporte, sistemas de comunicación,
máquinas, procesos industriales etc.
Su éxito como fuente de energía se encuentra en la facilidad para obtenerla, transportarla y
transformarla en otros tipos de energía: luz (lámparas), calor (estufas), movimiento (motores) y otros
muchos fenómenos físicos.
Es de todos conocido el principio fundamental de conservación de la energía: la energía ni se crea
ni se destruye, sólo se transforma.
1. EL ÁTOMO. LA CORRIENTE ELÉCTRICA.
Si frotas tu bolígrafo con un trozo de tela y lo acercas a unos pedacitos de papel,
observarás que son atraídos por el bolígrafo.
¿Por qué sucede esto?
Como ya sabes, la materia está constituida
por átomos. A su vez, los átomos están formados
por partículas aún más pequeñas: los protones y
los neutrones, que se encuentran en el Los
protones y los neutrones tienen un tamaño
parecido, mientras que los neutrones tienen un
tamaño mucho más pequeño.
Los electrones tienen carga negativa
Los protones tienen carga negativa.
Los neutrones no poseen carga.
Normalmente, la materia no está cargada eléctricamente, es decir, hay el mismo número de
protones que de electrones.
En ocasiones, sin embargo, se produce movimiento de electrones, que pasa de unos
materiales a otros. Por ejemplo, al frotar un bolígrafo con un trapo los electrones son arrancados
del trapo y pasan al bolígrafo, que, de esta forma, queda cargado negativamente y es capaz de
atraer pequeños trozos de papel. A esto se le llama electricidad estática, pues los electrones
desplazados al bolígrafo no se desplazan dentro de él.
Si los electrones se están moviendo continuamente a través de un material hablamos
entonces de corriente eléctrica.
Se denomina corriente eléctrica al
desplazamiento continuo de electrones.
2. CONDUCTORES Y AISLANTES.
Ciertos materiales permiten el desplazamiento continuo de
electrones, son los materiales CONDUCTORES.
(En general, todos los metales son buenos conductores,
destacando el cobre y la plata).
Otros materiales, por el contrario, impiden este
desplazamiento de electrones, son los llamados materiales
AISLANTES.
(Los plásticos, la madera o la cerámica son ejemplos de materiales
aislantes.)
Los cables eléctricos están formados por ambos materiales.
Su interior será de material conductor y su exterior es de
material aislante.
Actividades
1) Página 178: 2.
2) Página 179: Piensa y deduce, 4 y 5
3. EL CIRCUITO ELÉCTRICO
Es
el
conjunto
de
elementos
pasivos
(es
decir,
consumidores de energía), elementos de maniobra, generadores,
etc., conectados entre sí por medio de conductores, que
permiten el paso de la corriente eléctrica.
Símil hidráulico: Para comprender el funcionamiento de un circuito eléctrico, vamos a
compararlo con un circuito hidráulico (por el que, en vez de una corriente de electrones, circula
una corriente de agua).
2
Circuito hidráulico
Circuito eléctrico
La corriente en este caso es de AGUA.
La corriente en este caso es de ELECTRONES.
El camino por el que circula el agua son las tuberías, y
cuanto más estrechas, más curvas y relieves tengan y
con más obstáculos encuentren, más difícil le será al
agua pasar.
El camino por el que circula la corriente son los
cables conductores, cuanto más estrechos y más
obstáculos encuentren será más difícil el
movimiento de los electrones.
El agua se desplaza desde el depósito superior al
inferior gracias a la diferencia de alturas. Dicho de
otra manera: el agua del depósito superior tiene más
energía que la del depósito inferior y por eso se mueve
en dicho sentido.
La corriente eléctrica se desplaza desde el polo
negativo de la pila (punto con mayor cantidad de
electrones) al polo positivo (punto con menor
número de electrones).
Una vez en el depósito inferior, una bomba se encarga
de suministrar la energía necesaria para subir el agua
al depósito superior.
Una vez que los electrones llegan al polo positivo
de la pila, ésta les comunica de nuevo energía
eléctrica para que vuelvan a salir del polo
negativo.
La llave de paso permite que controlemos cuándo
queremos que funcione el circuito y cuándo no.
El interruptor es el encargado de permitir
(cerrado) o no (abierto) el paso de la corriente.
La corriente de agua permite mover una noria con la
conseguimos un trabajo útil.
La corriente eléctrica enciende la bombilla y se
produce energía luminosa, que es la energía útil
para nosotros
El sentido de circulación es desde el punto más alto al
más bajo.
El sentido de la circulación es desde el polo
negativo al polo positivo.
Una ven comprendido su funcionamiento vamos a conocer el nombre de los componentes del
circuito eléctrico:

A la corriente de electrones se le llama corriente eléctrica (I).

La oposición al paso de la corriente eléctrica que presentan los elementos del circuito se
llama resistencia eléctrica (R).

Nos hace falta que entre los extremos del circuito eléctrico (entre los polos de la pila)
exista una diferencia de cargas, es decir, que en un extremo haya mucha cantidad de
electrones y ninguno o pocos en el otro. Esta diferencia de cargas se denomina diferencia de
potencial, tensión o voltaje y la proporcionan los generadores (pilas, baterías, dinamos,
alternadores, etc.)
3

Para poder controlar el funcionamiento de los receptores (encender y apagar), utilizaremos:
interruptores, pulsadores, conmutadores, etc. Todos ellos, genéricamente se denominan
elementos de maniobra.

Lógicamente necesitamos un dispositivo que transforme la energía eléctrica que proporciona
la pila en otro tipo de energía: como mecánica (los motores), lumínica (las bombillas), térmica
(las resistencias), etc. Todos ellos, genéricamente, se denominan receptores o elementos
pasivos.

El sentido real o físico es desde el menos al más, ya que lo que circulan son electrones que
se concentran en el negativo de la pila.
El sentido convencional de esta corriente, es decir, el que se utiliza en la resolución y teoría
de circuitos, es desde el punto de mayor voltaje al de menor (del + de la pila al -).
Actividades
1) Relaciona cada elemento del circuito eléctrico con el que tiene una función similar en el
circuito hidráulico:
Circuito eléctrico
Circuito hidráulico
Pila
Polo negativo de la pila
Polo positivo de la pila
Cable
Interruptor
Motor
Diferencia de potencial, tensión o voltaje
Corriente eléctrica
Resistencia
4. ELEMENTOS BÁSICOS DE UN CIRCUITO ELÉCTRICO:

GENERADORES (pilas, baterías, dinamos, alternadores, etc.)
Son elementos capaces de generar energía eléctrica y proporcionarla al
circuito.

RECEPTORES
(motores,
caloríficas, etc.)
lámparas,
timbres,
resistencias
Son elementos encargados en transformar la energía eléctrica que
proporcionan los generadores en otro tipo de energía: lumínica,
calorífica, sonora, mecánica rotativa, etc.

ELEMENTOS
DE
conmutadores, etc.)
MANIOBRA
(pulsador,
interruptores,
Son elementos que nos permiten controlar el funcionamiento (conexión o
desconexión) de los receptores. Estos elementos permiten el paso de la
corriente hacia el receptor o la desvían hacia otro camino
4

ELEMENTOS DE PROTECCIÓN (fusibles, interruptores diferenciales, magnetotérmicos, etc.)
Son los encargados de proteger al circuito contra cortocircuitos y sobre
cargas. Dentro de ellos, el encargado de proteger a las personas en caso
de contacto eléctrico, es el interruptor diferencial ID.

CONDUCTORES (hilos rígidos y flexibles, cables, etc.)
Son los encargados de unir todos los elementos anteriores en vías de ida y retorno y
permitir el paso de la corriente eléctrica.
Actividades
1) Busca distintas pilas en tu casa (o en internet), dibújalas, señala cuál es el polo positivo y cuál
el polo negativo e indica qué voltaje tienen.
2) Indica si los siguientes elementos eléctricos son generadores, receptores, conductores,
elementos de protección o elementos de maniobra:
Elemento
Tipo de componente
Elemento
Lámpara
Motor
Fusible
Pila
Cable de cobre
Resistencia
Pulsador
Interruptor
Conmutador
Zumbador
Tipo de componente
5. SIMBOLOGÍA.
TIPO DE
ELEMENTO
NOMBRE
PILA
BATERIA
GENERADORES
SIMBOLO
DESCRIPCIÓN
Almacena energía química y entrega energía eléctrica en
forma de Corriente continua C.C.
Es igual que la pila pero recargable.
Generador rotativo. Transforma la energía mecánica cinética
DINAMO
proporcionando energía eléctrica en forma de corriente
continua C.C.
Generador rotativo. Transforma la energía mecánica cinética
ALTERNADOR
proporcionando energía eléctrica en forma de corriente
alterna C.A.
RECEPTORES
LÁMPARA
(BOMBILLA)
Transforma la energía eléctrica en luminosa y calorífica
5
MOTOR
Transforma la energía eléctrica en mecánica haciendo girar el
eje del motor.
ZUMBADOR
Transforma la energía eléctrica en sonora
(TIMBRE)
RESISTENCIA
Transforma la energía eléctrica en energía calorífica
INTERRUPTOR
Abre o cierra un circuito de forma PERMANENTE
PULSADOR NA
NORMALMENTE
CIERRA un circuito de forma TEMPORAL
ABIERTO
PULSADOR NC
ELEMENTOS DE
MANIOBRA
NORMALMENTE
ABRE un circuito de forma TEMPORAL
CERRADO
CONMUTADOR
RELÉ
FUSIBLE
INTERRUPTOR
ELEMENTOS DE
PROTECCIÓN
MAGNETOTÉRMIC
Conecta un POLO a dos posibles direcciones
Es un conmutador “a distancia” ya que se acciona a través de
otro elemento entre nosotros y él. RL es una bobina
Protege a la INSTALACIÓN de los cortocircuitos
Protege a la INSTALACIÓN de los cortocircuitos y las
sobrecargas
O
INTERRUPTOR
DIFERENCIAL
(PIA) pequeño interruptor automático
Protege a las PERSONAS de los contactos eléctricos
REPRESENTACIÓN : Un circuito eléctrico se puede representar de varias formas:
Esquema de montaje
Esquema funcional o
multifilar
Esquema unifilar
Actividades
6
1) Página 181: 8
2) Página 195: 4
3) ¿Qué diferencia hay entre un pulsador y un interruptor? Indica cual de los dos utilizarías para
accionar:
a) Un timbre.
b) Una lámpara.
4) ¿Qué diferencia hay entre un pulsador normalmente abierto y un pulsador normalmente cerrado?
3) Dibuja el esquema eléctrico multifilar de los siguientes circuitos
7
6. MAGNITUDES ELÉCTRICAS.
RESISTENCIA ELÉCTRICA (R)
Es la mayor o menor oposición ofrecida por un conductor al ser recorrido por la corriente
eléctrica. Su unidad de medida es el ohmio, representado por la letra griega omega (Ω).
Para medir la resistencia se utiliza un aparato denominado óhmetro. En un circuito eléctrico
no puede existir energía eléctrica conectada al mismo para poder medir la resistencia; de lo
contrario la medida realizada sería errónea y se puede estropear el óhmetro.
Cuanto mejor conductor es un material, menor es su resistencia eléctrica.
Además del ohmio también se utilizan múltiplos de este como el Kiloohmio (KΩ):
1 KΩ = 1000 Ω
INTENSIDAD DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA (I)
Es la cantidad de electricidad que recorre un conductor
eléctrico por unidad de tiempo. Su unidad de medida es el
amperio (A).
Para medir la intensidad de corriente eléctrica se utiliza
un amperímetro, que intercalado en serie con el conductor
eléctrico nos permite averiguar la intensidad que circula por
el mismo.
Además del amperio, se utilizan submúltiplos de éste:
miliamperio (mA), microamperio (µA), etc.
1 A= 1000 mA
1 mA = 1000 µA
TENSIÓN ELÉCTRICA ó VOLTAJE (V)
Es la diferencia de nivel eléctrico que existe entre dos puntos de un circuito eléctrico. Su
unidad de medida es el voltio (V).
Para medir la tensión eléctrica se utiliza un voltímetro que, colocado en paralelo en los dos
puntos del circuito eléctrico, mostrará la diferencia de nivel eléctrico entre ambos puntos. Por
ello, la tensión eléctrica se denomina también “diferencia de potencial” (ddp).
(Para que exista tensión eléctrica se necesitan dos puntos diferentes. Un punto carece de
tensión eléctrica si no es en relación con otro).
Además del amperio, se utilizan submúltiplos de éste como el milivoltio (mA)
1 V= 1000 mV
8
Actividades
1) Completa el siguiente cuadro sobre las magnitudes eléctricas:
MAGNITUD SÍMBOLO UNIDAD
SÍMBOLO
APARATO DE
SÍMBOLO
UNIDAD
MEDIDA
APARATO
CÓMO SE COLOCA
PARA REALIZAR LA
MEDIDA
Intensidad
Voltaje
Resistencia
2) Página 195: 3, 7 y 8.
7. LEY DE OHM.
A comienzos del siglo XX, George Simon Ohm descubrió que existía una relación entre las
magnitudes fundamentales de la electricidad (intensidad, tensión y resistencia). Esta relación se
conoce como la Ley de Ohm:
”La diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito eléctrico es igual al producto de
la intensidad que lo que recorre por la resistencia eléctrica entre dichos puntos”.
V=I·R
A partir de esta expresión podemos despejar las otras dos
V
I
magnitudes:
R
I=V/R
R=V/I
8. POTENCIA ELÉCTRICA (P)
Es el trabajo eléctrico efectuado como consecuencia del desplazamiento de la corriente
eléctrica a lo largo de un conductor en un tiempo determinado. Su unidad de medida es el watio
(W).
La potencia eléctrica es el resultado de multiplicar la tensión por la intensidad de la
corriente eléctrica.
P=V·I
Actividades
1) Página 195: 1, 2
9. CORRIENTE ELÉCTRICA. TIPOS.
Como hemos visto anteriormente, se denomina CORRIENTE ELÉCTRICA al desplazamiento de electrones a
lo largo de un conductor. Podemos distinguir 2 tipos:

Corriente Continua (CC ó DC): Es la que existe en un circuito cuando éste es recorrido por la
9
corriente siempre en el mismo sentido y si su valor es constante.
Corriente Alterna (CA ó AC): Aquella que recorre el circuito eléctrico alternativamente en ambos
sentidos y además su valor varía continuamente.

10. CIRCUITOS EN SERIE, EN PARALELO Y MIXTOS.
A. ASOCIACIÓN EN SERIE
Decimos que un circuito eléctrico está en serie cuando sus elementos se encuentran conectados uno
a continuación del otro.
Si realizamos este tipo de conexión con generadores, uniendo el polo positivo de uno con el negativo
del siguiente, sus tensiones se acumulan.
En este tipo de circuitos si se desconecta cualquiera de sus elementos se interrumpe el paso de la
corriente eléctrica por todos los demás.
Además, cuantos más receptores sean conectados en serie estos funcionarán con menos energía, en
el caso de bombillas lucirán menos.
B. ASOCIACIÓN EN PARALELO
Decimos que un circuito eléctrico está en paralelo cuando todos sus elementos se encuentran
conectados entre el polo positivo y el negativo del generador.
Si realizamos este tipo de conexión con generadores, uniendo todos sus polos positivos entre sí al
igual que los negativos, nos proporcionarán un valor de tensión igual al de cada uno de ellos que deben ser
iguales.
En este tipo de circuitos si se desconecta cualquiera de sus elementos no se interrumpe el paso de la
corriente eléctrica por todos los demás.
Además aunque se conecten más receptores en paralelo estos funcionarán con la misma energía.
C. ASOCIACIÓN MIXTA
Denominamos un circuito mixto cuando en el podemos encontrar elementos conectados en serie y
otros en paralelo.
10